基于交通分配算法的城市客運方式劃分研究摘要:本文針對我國城市軌道交通網絡覆蓋率低的特點，提出采用網絡標識確定軌道交通的空間布局。綜合考慮各種交通方式的特點及其運輸網絡的連通程度，提出基于交通分配算法中路線選擇模型，且考慮輕軌線網布局的城市客運交通方式劃分方法。關鍵詞:方式劃分;網絡標識;路線選擇模型;軌道交通0前言 城市交通規劃中的方式劃分是交通需求預測的重要組成部分，其模型的預測精度直接影響到交通需求分析的結果[1]。合理、客觀的交通方式劃分預測能夠為優化城市未來交通運輸結構提供科學的決策依據[2]。 國外學者早期主要從集計的角度研究交通方式劃分問題，20世紀50年代發展起來的PugetSound分類預測模型是美國最早的交通方式分擔率預測模型之一[3]。 20世紀60年代，很多學者提出了“轉移曲線法( shift curve method) "，該方法在60,70年代得到了廣泛的應用。美國、英國、加拿大等國都有成套的城市公共交通與私人交通的轉移曲線[4][5]。20世紀70年代以來，以McFadden為代表的一批學者將經濟學中的效用理論引用過來，并以概率論為基礎，從非集計的角度對方式劃分問題展開了研究[6]。 無論是集計還是非集計方式劃分模型，都是從宏觀上研究各交通方式的比例結構，無法考慮各交通方式的空間布局及可接觸程度問題。軌道交通是未來城市客運交通結構的主題，但是我國大城市的軌道交通目前(近期)只是成線成環，還沒有形成便利的運輸網絡。現有的方式劃分模型無法考慮軌道網絡覆蓋程度的影響，不能對輕軌方式準確地作出預測。因此，筆者提出了考慮軌道交通布局的客運交通方式劃分方法。1基本思路 與發達國家相比，我國地鐵、輕軌交通方式起步較晚，很多城市沒有地鐵、輕軌等交通方式，即使北京、上海等經濟發達、地位重要的特大城市，其地鐵和輕軌交通方式也沒有形成發達的連通網絡。與此類似，其他目前沒有地鐵或輕軌的城市，其規劃的地鐵、輕軌線路初期也以線段或環狀的單線形式出現。對于地鐵和輕軌方式，其出行比重只能由其線網連通交通區間的OD出行量決定，因此，軌道交通布局對其承擔的出行比重具有決定性作用。 為考慮城市交通網絡中的軌道交通有效布局，解決城市中的地鐵、輕軌等方式劃分問題，本文采用交通分配法進行交通方式劃分計算。其基本思路是將全方式的出行OD量采用分配法進行交通分配，通過分配，進行OD點對間的出行路線選擇，計算出各路徑上的交通阻抗值及各條路徑的分配權重。通過效用函數調用各出行路線上的阻抗值，計算各交通方式的廣義效用，并以計算的廣義效用為控制指標，確定各條路徑各交通方式的出行分擔率。綜合考慮區間各出行路徑上的方式分擔比例及路徑分配權重，并對其累計求和，可得到交通區間各交通方式的出行比重。通過各個區間的各交通方式出行量計算，得到交通區間的各交通方式的出行量。2模型假定與網絡標識2. 1基本假定 (1)每個OD點對間的出行只進行一次方式選擇，不包括步行—公交車、公交車—地鐵等組合交通方式選擇; (2)公交線網連通各個交通小區，且各交通小區的公交懲罰時間相同; (3)根據現狀調查數據確定對應城市步行和自行車的最大出行距離，當區間出行距離大于調查的步行和自行車的最大出行距離時，則認為步行和自行車的相應出行比重為0。2. 2網絡標識 為了表示各交通區出行時的地鐵或輕軌交通方式的可接觸程度，需要在整個交通網絡上進行地鐵、輕軌線路的特殊標識，以表明能夠決定地鐵和輕軌有權參與方式劃分的OD點對范圍。 用有向圖G( N, L)表示城市交通網絡，其中N為網絡節點集合(即交叉口或交通小區質心)，L為有向弧集合(即路段)。為了標識地鐵或輕軌線路的連通程度，引入0-1變量，當，σ=1時，表明有向弧具有供輕軌交通方式選擇的權利，但是只有當OD點對間出行路線的所有有向弧都具備，σ=1時，OD點對間才能進行輕軌交通方式選擇。3 模型基本形式及程序設計方法3. 1出行路線選擇模型 城市道路網是一個復雜的相互連通的運輸網，因此一對起始/終迄節點之間的出行路徑有多條。一對起迄點之間的最短路線只有一條，盡管出行者在交通區內分散就近出行，但是一對起迄點的有效出行路徑是確定的，一般數目不超過8-10條。 在大型網絡中，網絡錯綜復雜，人直接參與路徑的確定是比較困難的。本文采用通過反復迭代尋找OD點對之間的有效路徑的啟發式方法，將OD點對之間的有效路徑列出來，然后以各路徑的交通阻抗為指標計算各出行路徑的選擇概率。有效路徑概率選擇模型的基本形式如下:
式中:P ( r, s,k)為交通區:與交通區、間的OD量在第k條路徑上的分配率; r( k)為第k條路徑上的出行路權(行駛距離); r-為各出行路徑上的平均出行路權(行駛距離); m為有效出行路線條數; θ為分配參數。 θ為無量綱參數，它反映了出行者在選擇路徑時造成路權大小判斷誤差的程度。由于在分配模型中采用了相對路權(r( k) /r)，故參數的變化范圍相當穩定，僅與可供選擇的出行路線數目有關。對于通常的城市交通網絡，θ在3. 00一3. 50之間[7]。3. 2路線出行方式計算 決定出行者各路線上選擇交通方式的主要因素有:出行者的社會經濟特征、出行特征和各種交通方式的特征等。按照宏觀交通方式劃分預測的Logit概率模型，假定對各種交通方式的選擇是以各種方式的廣義效用為基礎，以一定的概率關系構造的，其函數形式如下: 式中:P( k, i)為第k條路線上第i種方式的分擔率; C( j, k)為第k條路線上第j種方式的廣義效用; n為交通方式的數目; σ為軌道交通布局連通度系數，當σ=1時， 表示出行路線上可有軌道交通方式可供選擇。3. 3區間出行方式計算 根據有效概率選擇模型獲得交通區間各路徑的分配權重及采用Logit模型獲得每條出行路線上的方式分擔比重后，綜合考慮二者關系，對其積求和。即可得到對應交通區的方式劃分比重。因此，交通區間的交通方式計算模型如下: 式中P ( r,s,i)為交通區r與交通區s間的第i種方式的分擔率; P( r, s, k)為交通區r與交通區s間的OD量在第k條路徑上的分配率; P( k, i)為第k條路線上第i種方式的分擔率;m為交通區r與交通區s間有效出行路線總數。3. 4模型程序設計方法 為了方便上述方法的程序設計，木文提出了相應的程序設計方法，具體如下: (1)初始化路網，輸人網絡幾何信息表、路權表及全方式OD表; (2)計算各節點間的最短路權，并令i等于出行起點號r； (3)判斷節點i的有效路段及有效出行路線k; (4)計算有效路段[i, j]的邊權Lw[i, j]; (5)判斷是否已到出行終點、:若到達終點則以某一有效路段終點j代替i，否則返回(2)。 (6)計算有效出行路線的邊權Lk; (7)計算有效出行路線的OD量分配率; (8)對有效出行路線的進行判斷，計算有效出行路線的各交通方式分擔率; (9)計算OD對間的方式分擔率; (10)判斷是否是最后一OD點對:若是最后一OD點對則停止計算，否則，返回步驟(2)。4模型應用 某區域分為三個交通區，交通網絡中有8條路段連接5個節點。各路段都允許步行、自行車、公交車、私車、出租車交通方式出行，且節點1與節點2的路段(圖中1,2節點間的雙線路段)允許輕軌交通方式出行。各路段的路權如圖1所示。4. 1區間路線分配率計算 由前所述，對于城市道路交通網絡，θ的取值范圍在3. 0一3. 5，故在此取θ＝3. 25，代入模型進行計算。根據多路徑交通分配模型計算出交通區間各出行路線的分配率，具體見表1。4. 2區間交通方式分擔率計算 根據式(2)及各交通方式與路權的效用關系，計算各條出行路線的各交通方式分擔率如表2所示。 應用式(3)進行計算，得到交通區各方式的出行分擔率，如表3所示。5結語 交通方式劃分預測是進行城市交通結構優化的重要依據。本文針對軌道線網不能覆蓋所有運輸網絡問題，提出了考慮軌道布局的交通方式研究方法。該方法通過有向弧網絡標識來確定城市軌道網絡的空間布局，并綜合考慮居民出行路線選擇的影響，確定區間各交通方式的出行比例。此法簡單明了，能夠較好地解決我國軌道交通的方式劃分問題。參考文獻[1]裴玉龍，馬驥，蓋春英.交通規劃與路網規劃〔M〕.哈爾濱工業大學出版社.2003, 1.[2]金安，毛保華.交通方式選擇模型與應用研究日J.內蒙古公路與運輸1997, 7.[3]王正.廣義Logit交通方式劃分預瀏方法[J1 .同濟大學學報.1999, 6[4]Denis Bolduc. A practical technique to estimate multinomial probit models in transportation. Transportation Research PartB 33, 63一79. 1999.[5] Daganzo, C. F. Multinomial Probit: The Theory and ITS Ap-plications to Demand Forecasting. Academic Press, NewYork. 1979.[6] Joffre Swait. Choice set generation within the generalized ex-treme value family of discrete choice models. Transportation Research Part B35, 643一666. 2001.[7]王煒，徐吉謙，李旭宏等.城市交通規劃理論及其應用[M].東南大學出版社1998. 9.
式中:P ( r, s,k)為交通區:與交通區、間的OD量在第k條路徑上的分配率; r( k)為第k條路徑上的出行路權(行駛距離); r-為各出行路徑上的平均出行路權(行駛距離); m為有效出行路線條數; θ為分配參數。 θ為無量綱參數，它反映了出行者在選擇路徑時造成路權大小判斷誤差的程度。由于在分配模型中采用了相對路權(r( k) /r)，故參數的變化范圍相當穩定，僅與可供選擇的出行路線數目有關。對于通常的城市交通網絡，θ在3. 00一3. 50之間[7]。3. 2路線出行方式計算 決定出行者各路線上選擇交通方式的主要因素有:出行者的社會經濟特征、出行特征和各種交通方式的特征等。按照宏觀交通方式劃分預測的Logit概率模型，假定對各種交通方式的選擇是以各種方式的廣義效用為基礎，以一定的概率關系構造的，其函數形式如下: 式中:P( k, i)為第k條路線上第i種方式的分擔率; C( j, k)為第k條路線上第j種方式的廣義效用; n為交通方式的數目; σ為軌道交通布局連通度系數，當σ=1時， 表示出行路線上可有軌道交通方式可供選擇。3. 3區間出行方式計算 根據有效概率選擇模型獲得交通區間各路徑的分配權重及采用Logit模型獲得每條出行路線上的方式分擔比重后，綜合考慮二者關系，對其積求和。即可得到對應交通區的方式劃分比重。因此，交通區間的交通方式計算模型如下: 式中P ( r,s,i)為交通區r與交通區s間的第i種方式的分擔率; P( r, s, k)為交通區r與交通區s間的OD量在第k條路徑上的分配率; P( k, i)為第k條路線上第i種方式的分擔率;m為交通區r與交通區s間有效出行路線總數。3. 4模型程序設計方法 為了方便上述方法的程序設計，木文提出了相應的程序設計方法，具體如下: (1)初始化路網，輸人網絡幾何信息表、路權表及全方式OD表; (2)計算各節點間的最短路權，并令i等于出行起點號r； (3)判斷節點i的有效路段及有效出行路線k; (4)計算有效路段[i, j]的邊權Lw[i, j]; (5)判斷是否已到出行終點、:若到達終點則以某一有效路段終點j代替i，否則返回(2)。 (6)計算有效出行路線的邊權Lk; (7)計算有效出行路線的OD量分配率; (8)對有效出行路線的進行判斷，計算有效出行路線的各交通方式分擔率; (9)計算OD對間的方式分擔率; (10)判斷是否是最后一OD點對:若是最后一OD點對則停止計算，否則，返回步驟(2)。4模型應用 某區域分為三個交通區，交通網絡中有8條路段連接5個節點。各路段都允許步行、自行車、公交車、私車、出租車交通方式出行，且節點1與節點2的路段(圖中1,2節點間的雙線路段)允許輕軌交通方式出行。各路段的路權如圖1所示。4. 1區間路線分配率計算 由前所述，對于城市道路交通網絡，θ的取值范圍在3. 0一3. 5，故在此取θ＝3. 25，代入模型進行計算。根據多路徑交通分配模型計算出交通區間各出行路線的分配率，具體見表1。4. 2區間交通方式分擔率計算 根據式(2)及各交通方式與路權的效用關系，計算各條出行路線的各交通方式分擔率如表2所示。 應用式(3)進行計算，得到交通區各方式的出行分擔率，如表3所示。5結語 交通方式劃分預測是進行城市交通結構優化的重要依據。本文針對軌道線網不能覆蓋所有運輸網絡問題，提出了考慮軌道布局的交通方式研究方法。該方法通過有向弧網絡標識來確定城市軌道網絡的空間布局，并綜合考慮居民出行路線選擇的影響，確定區間各交通方式的出行比例。此法簡單明了，能夠較好地解決我國軌道交通的方式劃分問題。參考文獻[1]裴玉龍，馬驥，蓋春英.交通規劃與路網規劃〔M〕.哈爾濱工業大學出版社.2003, 1.[2]金安，毛保華.交通方式選擇模型與應用研究日J.內蒙古公路與運輸1997, 7.[3]王正.廣義Logit交通方式劃分預瀏方法[J1 .同濟大學學報.1999, 6[4]Denis Bolduc. A practical technique to estimate multinomial probit models in transportation. Transportation Research PartB 33, 63一79. 1999.[5] Daganzo, C. F. Multinomial Probit: The Theory and ITS Ap-plications to Demand Forecasting. Academic Press, NewYork. 1979.[6] Joffre Swait. Choice set generation within the generalized ex-treme value family of discrete choice models. Transportation Research Part B35, 643一666. 2001.[7]王煒，徐吉謙，李旭宏等.城市交通規劃理論及其應用[M].東南大學出版社1998. 9.
